许志宏/王福俤/徐鹏飞发现具有多重m6A调节功能的YTHDF2是细胞凋亡和细胞铁死亡的“分流器”

2023-09-01 16:09

表观修饰的调控是机体与环境危害因子互作的主要应答机制之一。机体在生存环境变化刺激下能够通过改变组蛋白和DNA修饰等表观因子改变基因表达水平以应答当前的环境刺激。RNA N⁶-甲基腺嘌呤（m⁶A）修饰是真核细胞mRNA上最丰富的修饰，和组蛋白/DNA修饰类似，也能迅速应答环境刺激，并在机体与环境危害因子的互作调控上扮演关键角色，继而影响关键基因的表达和细胞稳态，因此“m⁶A-环境压力应答”成为一重要的研究方向。

双酚A（bisphenol A，BPA）被广泛应用于各类塑化制品中，近年来众多研究发现双酚A对生态环境及机体健康有不利的影响（卵子染色体异常、癌症和糖尿病等），因而被许多国家禁止用于制作母婴用品例如婴儿奶瓶、儿童水杯等。因此，多种双酚A类似物（bisphenol analogues，BPs）作为双酚A的替代物普遍应用在母婴用品中，然而，目前对这些替代物是否具有潜在的发育毒性尤其是对早期发育过程的健康危害知之甚少。

2023年8月28日，浙江大学许志宏课题组联合王福俤教授及徐鹏飞研究员团队在National Science Review 杂志发表了研究论文，提出了“RNA m⁶A/YTHDF2介导组织特异性细胞死亡”这一全新观点。该研究发现一种常用的双酚A替代物——双酚芴（fluorene-9-bisphenol，BHPF），高频存在于孕妇人群血样中（14%），并能在动物模型中导致多重发育缺陷。机制上，双酚芴的应答分子YTHDF2能通过其多重的m⁶A调节功能，在不同组织器官中调控两种完全独立的细胞死亡通路，以造成组织特异性损伤。伴随此新机制的阐明，我们也提出了应对双酚芴损伤的潜在临床处置方法。该研究除了具有发现了全新m⁶A对细胞死亡调控模式的分子理论意义，鉴于双酚芴的广泛使用，且已经能在地表水以及人群检体中被测得，对环境、人类以及动物的健康都具有重大意义。

首先，研究人员全面检测了8种常见的双酚A替代物在100例孕妇人群血清中的浓度水平。结果显示, 包括双酚芴在内的4种双酚A替代物能够被检测出,其中有且仅有高检出率的双酚芴（14%）能够诱导斑马鱼模型心脏早期（48 hpf）发育毒性，并在斑马鱼长期暴露模型以及孕小鼠暴露模型中验证了孕妇血液测得的BHPF浓度即可造成斑马鱼及小鼠的心衰表型。除心脏缺陷表型外，研究人员也发现双酚芴能够诱导斑马鱼尾部静脉丛（caudal vein plexus, CVP）发育缺陷。据此，研究人员针对这两部分表型进行深入的机制研究。

图一：双酚芴（BHPF）在多种动物模型中诱导心血管发育缺陷

接下来，研究人员通过蛋白质组学，代谢组学，基因回补拯救等实验技术阐明双酚芴能够下调m⁶A关键读取蛋白YTHDF2，而YTHDF2能促进m⁶A gch1 mRNA翻译（GCH1是抑制铁死亡的关键基因）。双酚芴下调YTHDF2导致GCH1及其抗氧化产物BH4的水平下降，进而诱导心肌细胞铁死亡最终引起心力衰竭（图二）。

图二：双酚芴通过下调YTHDF2蛋白诱导心肌细胞铁死亡造成心力衰竭

更重要的是，上述YTHDF2-GCH4-BH4心肌细胞铁死亡轴在心肌细胞YTHDF2条件性敲除小鼠模型的实验中得到了进一步验证（图三）。

图三：给予盐酸沙丙蝶呤（BH4的临床成药形式）能够挽救心肌细胞YTHDF2条件性敲除小鼠的心衰表型

进一步，研究人员发现虽然敲低YTHDF2与双酚芴暴露一致，都能诱导斑马鱼尾静脉丛（CVP）发育缺陷，但铁死亡抑制剂——Fer-1却无法挽救BHPF暴露诱导的斑马鱼CVP发育缺陷，提示双酚芴下调YTHDF2是通过非细胞铁死亡途径诱导斑马鱼CVP缺陷。通过转录组测序，DNA pull-down串联质谱，染色质免疫共沉淀等一系列实验，研究人员阐明了双酚芴暴露通过YTHDF2-m⁶A-STING1-NF-κB/UTX-TNFα调控轴诱导斑马鱼CVP区域细胞凋亡，进而导致斑马鱼CVP发育缺陷，并且抑制这条通路上的任一关键分子都能够显著挽救双酚芴暴露造成的斑马鱼CVP发育缺陷（图四）。

图四：YTHDF2通过影响sting1 mRNA的稳定性而诱导CVP区域细胞凋亡

最后，研究人员通过铁死亡及凋亡特异性抑制剂的使用、检测铁死亡及凋亡基因的不同时空表达状态、组织特异性拯救实验、TUNEL染色等，明确了下调YTHDF2在心脏及尾静脉造成的损伤来自两种完全独立的细胞死亡，并总结YTHDF2的多重的m6A调节功能（调控gch1 mRNA翻译以及调控sting1mRNA稳定性）和YTHDF2与铁死亡/凋亡靶基因的时空共表达谱协同构成了YTHDF2作为组织特异性凋亡和铁死亡“命运分流器”的分子机制。

图五：YTHDF2能够以m6A依赖方式调控组织特异性细胞死亡

综上所述，该研究发现并提出“RNA m⁶A/YTHDF2能介导组织特异性细胞死亡”的这一全新观点。目前RNA m⁶A功能的研究，多是聚焦于m⁶A在某一特定细胞、组织或器官的分子或生理功能。在这个工作中，研究人员发现在同一生物，同一环境分子刺激下，同一RNA m⁶A阅读蛋白——YTHDF2在不同组织器官中通过其多重的m⁶A调控功能，能调控两个完全独立的细胞死亡调控通路，并产生截然不同的表型。在机体层次展示出了RNA m⁶A对下游通路的调控具有组织特异性，增进了我们对m⁶A功能的新层次理解。同时该研究不但发现了广泛使用的双酚芴能造成心血管发育缺陷，更对其可能造成的伤害提出了潜在的临床处置方法（BH4、TNFα抑制剂等都有临床用药），具有实际的公卫及社会意义。

该论文的共同第一作者为林介波博士、詹官凯博士和刘劲风博士，共同通讯作者为许志宏研究员、王福俤教授和徐鹏飞研究员。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等的资助。感谢对推进本研究进展提供建议及帮助的浙江大学医学院管敏鑫、刘伟、杨小杭、梁洪青、戈万忠教授；感谢浙江大学医学院薛茂光博士在核糖体分析实验上的帮助；感谢浙江大学医学院公共技术平台提供的技术支持；感谢浙江大学电镜中心王贝贝在电镜技术上的支持！

浙江大学许志宏课题组长期致力于研究环境因子和表观遗传的互做机制，尤其关注“RNA m⁶A修饰-环境压力应答”，系列研究包含紫外线（Nature 2017, 前期发现除了蛋白质m⁶A修饰也是细胞应答紫外损伤的关键分子，获评论推荐于Nature Reviews Molecular Cell Biology、Cancer Discovery、Science Signaling、F1000) 、热应激 (Cell Reports 2022, 提出了“m⁶A修饰的RNA反向调控m⁶A识别蛋白的命运”全新概念, 封面文章) 、肠道特殊菌群（Nature Communications 2022）、环境污染物（National Science Review 2023, 提出“m⁶A/YTHDF2能作为不同程序性细胞死亡的‘分流器’”）等。课题组常年招聘具有相关研究经验的博士后，也欢迎对感兴趣的研究生和本科实习生来信讨论可能的研究主题与机会。课题组网页：https://person.zju.edu.cn/hsu

来源：浙江大学医学院（许志宏课题组）

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来源: qq

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